JP5394567B2 - パンタグラフを有する車両及びそのパンタグラフの操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば水平路においてはディーゼルエンジンによる動力により走行し傾斜路登坂時においては外部電力を動力として走行するデイーゼルカーや、傾斜路を登坂時に外部電力によって駆動される自動車などの車両に係り、特に、パンタグラフを経由して給電線から得られる外部電力によって駆動されるパンタグラフを有する車両に関する。

一般に、露天掘り鉱山においては、鉱脈の関係で、地底深く掘り下げられ、掘り下げた地底から地上に大型ダンプトラックによって鉱石をピストン輸送している。しかしながら、広大な露天掘り鉱山においては、地底から地上までの大型ダンプトラックの走行距離が２ｋｍを超える長距離となっている。そして、地底から地上までは道路勾配８〜１０％の傾斜路が形成されている。

近年、このような露天掘り鉱山においては、大型ダンプトラックの運搬能力の向上や排気ガスによる環境への影響を最小限に留めるために、比較的平坦な走行路においては大型ダンプトラックをエンジン駆動し、長距離となる傾斜路登坂時においては外部電力を給電して車輪を駆動するようにしている。

そのために、大型ダンプトラックにパンタグラフを取り付けて傾斜路に張架された電力用の給電線から電力を給電して車輪を駆動するようにしている。

尚、車両に外部電源を給電するためにパンタグラフを取り付けることは、例えば特許文献１，２に開示のように、鉄道車両の分野においては、すでに既存の技術である。

特開平１１−６９５０２号公報 特開平６−１１３４０３号公報

上記特許文献１，２に示す鉄道車両によるパンタグラフは、図１０の（ａ）に示すように、車体２側に支持されて屈伸するアーム７の先端に、連結軸９を介して摺り板８Ａ，８Ｂを支持する支持座８Ｓを軸支している。このように構成されたパンタグラフは、水平路（完全に水平な走行路ばかりではなく、多少緩やかに傾斜している走行路を含む略水平路であり、この略水平路を含む水平路を、本発明において略称して水平路と称する）を走行する車体２に設置されているので、摺り板８Ａ，８Ｂが車体進行方向の全幅に亘って給電線１８に接触摺動するように、常に水平を維持するように支持されている。特に、進行方向に対して、摺り板８Ａ，８Ｂが前後２枚設置されるパンタグラフにおいては、自動バランス機構により２枚の摺り板８Ａ，８Ｂが自動的に給電線１８と平行を維持するように支持されている。勿論、給電線の僅かな勾配変化に対しては摺り板８Ａ，８Ｂが追従して傾斜できるように、特許文献２に示すように、摺り板８Ａ，８Ｂが給電線１８に対して首振りできるように構成されている。

しかしながら、このような鉄道車両用のパンタグラフを露天掘り鉱山の傾斜路を登坂する大型ダンプトラックに取り付けた場合、図１０の（ｂ）に示すように、摺り板８Ａ，８Ｂは自動バランス機構により常に水平に維持されているために、パンタグラフを上昇させて摺り板８Ａ，８Ｂを傾斜して張架された給電線１８に接触しようとした際に、傾斜路の下り側に位置する摺り板８Ｂの端部が最初に給電線１８に接触することになる。そのため、給電線１８への接触時の圧力が摺り板８Ｂの端部に集中し、摺り板８Ｂを欠損させる恐れがある。その後、摺り板８Ａ，８Ｂは給電線１８への接触圧力によって連結軸９を中心に回動し、両摺り板８Ａ，８Ｂは共に給電線１８に接触する。

また、給電線１８に摺り板８Ａ，８Ｂが接触した後でも、摺り板８Ａ，８Ｂには自動バランス機構により常に水平を維持する力が作用しているので、傾斜路の下り側となる摺り板８Ｂの端部側と給電線１８との接触圧力が大きくなり、傾斜路の上り側となる摺り板８Ａの端部側よりも摩耗が速くなる問題がある。

本発明の目的は、傾斜路に張架された給電線に対し、摺り板の進行方向に沿う全面が均一に接触し、接触後も摺り板の進行方向に対し接触圧力が均一になるようなパンタグラフを有する車両を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明では、摺り板を傾斜路に張架された給電線の傾斜に合わせて固定する摺り板固定手段をパンタグラフに設けたのである。

このように、摺り板固定手段をパンタグラフに設けたことで、走行路が傾斜している場合には、摺り板は水平を維持せずに傾斜路に張架した給電線と同じ傾斜に傾くので、給電線に対して摺り板の進行方向の全面を接触させることができる。

その結果、摺り板は、傾斜路においてパンタグラフ上昇時に給電線に片当たりすることなく進行方向が全面接触し、接触後においても接触圧力が進行方向に対し均一となるので、摺り板の進行方向の摩耗に偏りが生じることはなくなる。

以上説明したように本発明によれば、傾斜路に張架された給電線に対し、摺り板の進行方向の全面が均一に接触し、接触後も摺り板の進行方向に対し接触圧力が均一になるようなパンタグラフを有する車両を得ることができる。

水平路を走行する車両に取り付けた本発明によるパンタグラフの第１の実施の形態を示す概略側面図。 図１のパンタグラフを取り付けた車両が傾斜路を走行した場合の摺り板の状態を示す概略側面図。 図２に示す摺り板の近傍の拡大図。 第１の実施の形態によるパンタグラフを取り付けた大型ダンプトラックの走行状態を示す概略図。 図４の大型ダンプトラックの拡大正面図。 図５の平面図。 大型ダンプトラックのエンジン動力による駆動回路図。 大型ダンプトラックの外部電力による駆動回路図。 本発明によるパンタグラフの第２の実施の形態を示す概略側面図。 （ａ）は従来のパンタグラフを取り付けた車両が水平路を走行している場合の摺り板の状態を示す概略側面図で、（ｂ）は従来のパンタグラフを取り付けた車両が傾斜路の給電線に摺り板を接触させようとする状態を示す概略側面図。

以下本発明によるパンタグラフを有する車両の第１の実施の形態を、図１〜図８に示す大型ダンプトラックに基づいて説明する。

大型ダンプトラック１は、図５及び図６に示すように、車体２と車体２の後部に軸支され油圧装置等で傾斜される荷台３とを有し、車体２の前方には運転席４が設けられている。

そして車体２の上部には、プラス側とマイナス側のパンタグラフ６Ａ，６Ｂが設置されている。これらパンタグラフ６Ａ，６Ｂは、図１〜図３に示すように、夫々一端を天井部５に軸支された屈伸可能なアーム７と、このアーム７の上端部に支持された摺り板８と、この摺り板８と前記アーム７の上端部とを連結する連結軸９とを有する。

そして、前記摺り板８は、大型ダンプトラック１の進行方向の前後方向に前側摺り板８Ａと後側摺り板８Ｂとの２枚を有し、これら前側摺り板８Ａと後側摺り板８Ｂとは支持座８Ｓによって支持されており、この支持座８Ｓは前記連結軸９を介してアーム７の上端部において、水平を維持するように、支持座８Ｓと連結軸９とで自動バランス機構を構成している。即ち、前記支持座８Ｓは、前側摺り板８Ａと後側摺り板８Ｂを支持した状態で、前記連結軸９を支点として常に水平を維持するようにバランス調整されている。

また、大型ダンプトラック１は、図７及び図８に示すように、エンジン９を搭載しており、このエンジン９によって駆動される発電機１０、発電機１０によって発電された電力を整流する整流器１１、整流された電力を変換する電力変換機１２Ａ，１２Ｂ、変換された電力によって駆動される電動機１３Ａ，１３Ｂも搭載している。そして、前記電動機１３Ａ，１３Ｂによって、大型ダンプトラック１の車輪１４Ａ，１４Ｂを駆動している。また、前記電力変換機１２Ａ，１２Ｂには、開閉器Ｂを介してパンタグラフ６Ａ，６Ｂの摺り板８Ａ，８Ｂに電気的に接続されている。

上記構成の大型ダンプトラック１は、図４に示すように、露天掘りされた鉱山の地底や地上の水平路１５Ａ，１５Ｂにおいては、エンジン９を駆動して得られる電力によって車輪１４Ａ，１４Ｂを駆動して走行しているが、長距離となる傾斜路１６Ａ，１６Ｂの登坂時においては、大型ダンプトラック１の運搬能力の向上や排気ガスによる環境への影響を最小限に留めるために、外部電力を給電して車輪を駆動するようにしている。

そのために、傾斜路１６Ａ，１６Ｂに沿って複数の支柱１７を立設し、これら支柱１７に給電線１８を張架させ、この給電線１８にパンタグラフ６を接触させて車輪駆動用の電力を得ている。勿論、給電線１８は、プラス側給電線１８Ａとマイナス側給電線１８Ｂとを有し、これらには、プラス側パンタグラフ６Ａとマイナス側パンタグラフ６Ｂの各摺り板８Ａ，８Ｂが接触するように、構成されている。

したがって、大型ダンプトラック１が水平路１５Ａ，１５Ｂを走行中は、図７に示すように、開閉器Ｂを開放すると共に、パンタグラフ６Ａ，６Ｂは給電線１８Ａ，１８Ｂに非接触状態であり、切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ３により、エンジン９による電力で車輪１４Ａ，１４Ｂが駆動されるようにしている。一方、大型ダンプトラック１が傾斜路１６Ａ，１６Ｂを登坂する際は、図８に示すように、開閉器Ｂを閉じると共にパンタグラフ６Ａ，６Ｂを上昇させて給電線１８Ａ，１８Ｂに接触させ、さらに、切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切り替えて車輪１４Ａ，１４Ｂを給電線１８Ａ，１８Ｂからの外部電力で駆動するようにしている。

尚、以上の説明は、エンジン９によって駆動される発電機１０の電力を利用して車輪１４Ａ，１４Ｂを駆動したものであるが、エンジン９の動力で直接車輪１４Ａ，１４Ｂを駆動するようにしてもよい。さらに、大型ダンプトラック１が傾斜路１６Ａ，１６Ｂを登坂する際、エンジン９による動力と給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）からの動力を併用するようにしてもよい。

上述のように、水平路１５Ａを走行している大型ダンプトラック１が傾斜路１６Ａ，１６Ｂに浸入して登坂しようと、パンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）を上昇させて、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に接触させようとするが、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）は自動バランス機構によって常に水平を維持しているので、傾斜路１６Ａ，１６Ｂにおいても水平を維持し、そのため、給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）との接触は、図１０の（ｂ）に示すように、傾斜路下方向に位置する後側摺り板８Ｂの下側端が最初に接触する。その結果、既述のように後側摺り板８Ｂの下側端に接触圧力が集中し、後側摺り板８Ｂの下側端が欠損する問題がある。

そのために、本実施の形態においては、パンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）に、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を傾斜路１６Ａ，１６Ｂに張架された給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）の傾斜に合うように固定する摺り板固定手段を設けたのである。この摺り板固定手段は、支持座８Ｓと連結軸９とで構成した自動バランス機構を固定すると共に、支持座８Ｓの給電線張架方向の傾斜角を調整するために、支持座８Ｓとアーム７との間に連結した角度調整機構１９である。

この角度調整機構１９は、図３に示すように、ねじを回転させることで、長さを調節できるものである。この角度調整機構１９は、ねじを回転することで、アーム７と支持座８Ｓとの角度を調整することができ、その結果、アーム７に対し連結軸９を介して自由に回動し得る支持座８Ｓをある角度に固定することができるのである。

本来、大型ダンプトラック１が傾斜路１６Ａ，１６Ｂに入って車体２自体が傾斜路１６Ａ，１６Ｂに沿って傾斜した場合でも、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）は水平を維持しようとするが、上述のような角度調整機構１９を設けることにより、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を支持する支持座８Ｓの水平を維持しようとする機能は規制されて図３に示すように、登坂時において２枚の摺り板８Ａ，８Ｂは傾斜路１６Ａ，１６Ｂ、云い代えれば、傾斜して張架された給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に沿った傾斜に維持される。

このため、パンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）を上昇させて２枚の摺り板８Ａ，８Ｂを給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に接触させようとすると、２枚の摺り板８Ａ，８Ｂは片当たりすることなく同時に給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に接触することになる。

尚、角度調整機構１９による摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を支持した支持座８Ｓの固定は、大型ダンプトラック１が傾斜路１６Ａ，１６Ｂに進行する前の水平路１５Ａ，１５Ｂにおいて行い、傾斜路１６Ａ，１６Ｂ内に進行してからは、パンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）を上昇させて２枚の摺り板８Ａ，８Ｂを給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に接触させる操作を行えば、大型ダンプトラック１は円滑に水平路１５Ａ，１５から傾斜路１６Ａ，１６Ｂに進行することができる。

一方、大型ダンプトラック１の運行時間が長くなるが、大型ダンプトラック１を傾斜路１６Ａ，１６Ｂに進行させてから停止させ、その後、水平になっている２枚の摺り板８Ａ，８Ｂを角度調整機構１９によって傾斜した給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に沿って傾斜させて固定する。その後、パンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）を上昇させて２枚の摺り板８Ａ，８Ｂを給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に接触させる操作を行ってもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、傾斜路１６Ａ，１６Ｂに張架された給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に対し、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）の進行方向の全面が均一に接触し、接触後もその接触を維持することができるので、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）の欠損や摩耗の偏りを防止できるパンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）を得ることができる。

ところで、上記実施の形態においては、角度調整機構１９を、アーム７と摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を支持する支持座８Ｓとの間に連結させることで、アーム７に対し支持座８Ｓを傾斜路１６Ａ，１６Ｂの平均角度に一致させるように固定したものである。しかしながら、鉱山等の傾斜路１６Ａ，１６Ｂは一定の傾斜ではあり得ず、したがって、支持座８Ｓを傾斜路１６Ａ，１６Ｂの平均角度に合わせて固定した場合、傾斜路１６Ａ，１６Ｂの途中において摺り板８（８Ａ，８Ｂ）が給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）に対して非平行になって片当たりすることが懸念される。
そのような場合には、ばねを介して摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を支持座８Ｓに支持させて追従機構を構成することで、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）が給電線１８（１８Ａ，１８Ｂ）の傾斜に追従して接触摺動するので片当たりを解消することができる。

さらに、図９に示す本発明による第２の実施の形態のように、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を傾斜路に張架された給電線１８の傾斜に合わせて常に傾斜させるようにした傾斜調整手段をパンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）に設けるようにしてもよい。

本実施の形態において、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）の傾斜調整手段は、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を支持する支持座８Ｓの進行方向後側にバランスウェイト機構２０を設けたのである。即ち、バランスウェイト機構２０は、支持座８Ｓの進行方向後側に突出させて取り付けたねじ棒２１と、このねじ棒２１にねじ込まれた錘２２とを有する。そして、錘２２は、例えば２つのナット２２Ａ，２２Ｂをねじ込んで構成され、傾斜路に沿って張架された給電線１８の傾斜角に対して支持座８Ｓが同角度になるように錘２２の位置を調整し、ナット２２Ａ，２２Ｂの一方を他方に押し付けて調整位置を固定する。尚、本実施の形態では、バランスウェイト機構２０を支持座８Ｓの進行方向後側に設けたものであるが、図９の２点鎖線で示すように、支持座８Ｓの進行方向前側に設けてもよく、持座８Ｓの進行方向両側に設けてもよい。

以上のように構成することで、大型ダンプトラックが平坦地を走行しているときにも支持座８Ｓは給電線１８の傾斜と同じ角度で傾斜しており、傾斜路に大型ダンプトラックが浸入したときは、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）は給電線１８の傾斜と進行方向に対し平行となる。そのため、パンタグラフ６（６Ａ，６Ｂ）を上昇させて２枚の摺り板８Ａ，８Ｂを給電線１８に接触させようとすると、２枚の摺り板８Ａ，８Ｂは片当たりすることなく同時に給電線１８に接触することになる。

さらに、本実施の形態によれば、一定の傾斜ではない傾斜路を大型ダンプトラックが走行する場合、摺り板８（８Ａ，８Ｂ）と給電線１８の傾斜とが進行方向に対し不平行となる場合があるが、その場合には、アーム７に対する支持座８Ｓが連結軸９によって搖動自在に支持されているので、支持座８Ｓの傾きによって前記不平行を解消することができる。

このように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同等の効果を奏することができる。

ところで、上記第１及び第２の実施の形態においては、２枚の摺り板８（８Ａ，８Ｂ）を用いたが、１枚の摺り板としてもよく、さらに、摺り板の進行方向端部に給電線との接触時に接触圧力が集中しないように、摺り板の傾斜路下側となる端部に、凸曲面を形成することが望ましい。さらに、摺り板の給電線への接触時の衝撃力を緩和するために、カーボン粉末に銅粉末を混入して固めた摺り板を形成し、この摺り板をそのまま利用したり、利用形態に合わせて面取り部の形成と一緒に利用したりしてもよい。

このほか、上記摺り板の構成に加え、摺り板を給電線に接触させる際、一気に上昇させて接触させるのではなく、給電線の近くまで急速に上昇させた後、低速度で給電線に摺り板を接触させることで、給電線への接触圧力を低減させて摺り板の接触圧力による損傷を低減させることができる。

上記各実施の形態は、露天掘り鉱山で鉱石を運搬する大型ダンプトラック（自動車）について説明したが、傾斜路に車両の待機所がある電気鉄道車両のパンタグラフや、水平路の走行はディーゼルエンジンの動力で走行し傾斜路の登坂時に給電線からの電力を利用して走行するデイーゼルカーにもパンタグラフを取り付けて本発明を適用することができる。

１…大型ダンプトラック、２…車体、３…荷台、４…運転席、５…天井部、６（６Ａ，６Ｂ）…パンタグラフ、７…アーム、８（８Ａ，８Ｂ）…摺り板、８Ｓ…支持座、９…連結軸、１０…発電機、１１…整流器、１２Ａ，１２Ｂ…電力変換機、１３Ａ，１３Ｂ…電動機、１４Ａ，１４Ｂ…車輪、１５Ａ，１５Ｂ…水平路、１６Ａ，１６Ｂ…傾斜路、１８（１８Ａ，１８Ｂ）…給電線、１９…角度調整機構、２０…バランスウェイト、２１…ねじ棒、２２Ａ,２２Ｂ…ナット。

Claims (11)

1. 車体にパンタグラフを設け、このパンタグラフの上部に摺り板を支持した支持座を水平を維持するように設置し、傾斜路に沿って張架された給電線に対しパンタグラフを上昇させて前記摺り板を給電線に接触させ、給電線からの電力を動力として利用するパンタグラフを有する車両において、前記傾斜路に張架された前記給電線の傾斜に合わせて前記支持座を固定する摺り板固定手段を設けたことを特徴とするパンタグラフを有する車両。
2. 車体にパンタグラフを設け、このパンタグラフの上部に摺り板を支持した支持座を設け、前記支持座が、前記支持座を含む自動バランス機構により水平に維持されるように設けられており、傾斜路に沿って張架された給電線に対しパンタグラフを上昇させて前記摺り板を給電線に接触させ、給電線からの電力を動力として利用するパンタグラフを有する車両において、前記自動バランス機構による水平を維持しようとする機能を規制し、前記傾斜路に張架された前記給電線の傾斜に合わせて前記支持座の傾斜角を調整する傾斜調整手段を設けたことを特徴とするパンタグラフを有する車両。
3. 前記傾斜調整手段は、前記摺り板を支持する前記支持座を固定すると共に前記傾斜角を調整する角度調整機構であることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフを有する車両。
4. 前記傾斜調整手段は、前記摺り板を支持する前記支持座の進行方向の傾斜を維持させるバランスウェイト機構であることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフを有する車両。
5. 前記摺り板は、進行方向端部に凸曲面が形成されていることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフを有する車両。
6. 前記摺り板は、カーボン粉末に銅粉末を混入して固められていることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフを有する車両。
7. 前記摺り板は、給電線の張架方向に２枚並設されていることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフを有する車両。
8. 前記車両は、水平路ではエンジンによって発生する動力によって走行し、傾斜路登坂時には給電線からの電力を動力として走行することを特徴とする請求項２記載のパンタグラフを有する車両。
9. エンジンによって発生する動力によって走行する車体にパンタグラフを設け、このパンタグラフの上部に摺り板を支持した支持座を設け、この支持座を水平を維持するように設置し、傾斜路においては傾斜路に沿って張架された給電線に対しパンタグラフを上昇させて前記摺り板を給電線に接触させ、給電線からの電力を動力として利用するパンタグラフを有する車両において、水平路において前記支持板を前記傾斜路に張架された前記給電線の傾斜に合わせて固定し、その後、車両を傾斜路に進行させてからパングラフを給電線に対し上昇させるようにしたことを特徴とするパンタグラフを有する車両のパンタグラフの操作方法。
10. エンジンによって発生する動力によって走行する車体にパンタグラフを設け、このパンタグラフの上部に摺り板を支持した支持座を設け、前記支持座が、前記支持座を含むバランス機構により水平に維持されるように設けられており、傾斜路においては傾斜路に沿って張架された給電線に対しパンタグラフを上昇させて前記摺り板を給電線に接触させ、給電線からの電力を動力として走行する利用するパンタグラフを有する車両において、車両が水平路から傾斜路に進行した後、パンタグラフの前記バランス機構による水平を維持しようとする機能を規制すると共に前記傾斜路に張架された前記給電線の傾斜に合わせて前記支持座の傾斜角を調整し、その後、パングラフを給電線に対し上昇させるようにしたことを特徴とするパンタグラフを有する車両のパンタグラフの操作方法。
11. 前記パンタグラフは、摺り板が一旦給電線に接近する位置まで上昇し、その後低速で摺り板が給電線に接触するように構成されていることを特徴とする請求項９又は１０記載のパンタグラフを有する車両のパンタグラフの操作方法。

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